(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を走査することにより基板上のパターンを観察して得られる画像から、前記パターンのエッジを検出して二次元形状を評価する半導体検査装置であって、
前記パターンの設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータと、前記パターン及び前記パターンの下地を構成する材料または前記パターンの下地における構造のデータとを予め記憶させておく記憶装置と、
予め記憶させておいた前記パターンの前記設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータと観察して得られる前記画像のデータとを比較する比較機能、前記比較機能を動作させた結果および予め記憶させておいた前記パターンの下地を構成する材料または前記構造のデータを用いて、観察領域に入射した電子線に対する反応が異なると期待される領域毎に前記観察領域を一視野内において複数個の領域に分割する分割機能、および前記分割機能により分割された前記複数個の領域を、異なる走査条件で前記電子線を走査して得られる画像から前記パターンのエッジを検出してライン幅プロファイルを算出する機能を備えた演算装置と、を有することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項２】
電子線を走査することにより基板上のパターンを観察して得られる画像から、前記パターンのエッジを検出して二次元形状を評価する半導体検査装置であって、
前記パターンの設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータと、前記パターン及び前記パターンの下地を構成する材料または前記パターンの下地における構造のデータとを予め記憶させておく記憶装置と、
予め記憶させておいた前記パターンの前記設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータと観察して得られる前記画像のデータとを比較する比較機能、前記比較機能を動作させた結果および予め記憶させておいた前記パターンの下地を構成する材料または前記構造のデータを用いて、観察領域に入射した電子線に対する反応が異なると期待される領域毎に前記画像を一視野内において複数個の領域に分割する分割機能、および複数個の前記領域を、異なる画像処理条件で画像処理して得られる画像から前記パターンのエッジを検出しライン幅プロファイルを算出する機能を備えた演算装置と、を有することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体検査装置において、
前記構造のデータは、前記観察領域の前記パターンのある面の基準面からの高さデータを含み、
前記画像処理は、前記高さデータに基づき、焦点のずれに応じて画像をぼかす処理を含むことを特徴とする半導体検査装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体検査装置において、
前記材料のデータは、誘電率のデータを含み、
前記画像処理は、帯電に影響する前記誘電率データに応じて画像をぼかす処理を含むことを特徴とする半導体検査装置。
【請求項５】
電子線を走査することにより基板上のパターンを観察して得られる画像から、前記パターンのエッジを検出して二次元形状を評価する半導体検査装置であって、
前記パターンの設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータと、前記パターン及び前記パターンの下地を構成する材料または前記パターンの下地における構造のデータとを予め記憶させておく記憶装置と、
予め記憶させておいた前記パターンの前記設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータと観察して得られる前記画像のデータとを比較する比較機能、エッジの検査領域において、前記比較機能を動作させた結果および予め記憶させておいた前記パターンの下地を構成する材料または前記構造のデータを用いて、観察領域に入射した電子線に対する反応が異なると期待される領域毎に前記画像データを一視野内において複数個の領域に分割する分割機能、および複数個の前記領域毎に異なるエッジ検出条件で前記パターンのエッジを検出しライン幅プロファイルを算出する機能を備えた演算装置と、を有することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項６】
請求項１記載の半導体検査装置を用いた半導体検査方法であって、
前記パターンの第１の画像を取得する工程と、
取得した前記第１の画像のパターンの輪郭線を抽出する工程と、
抽出された前記輪郭線のパターンと、前記パターンの設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータとを比較し、互いに対応するパターンを抽出する工程と、
互いに対応するパターンを含む領域を、前記パターン及び前記パターンの下地を構成する材料または前記構造のデータを用いて複数の領域に分割する工程と、
前記互いに対応するパターンを含む領域において、走査する電子線の走査条件を、前記複数の領域毎に決定する工程と、
前記複数の領域毎に決定された走査条件でそれぞれ前記電子線を走査し、第２の画像を取得する工程と、
前記第２の画像から所望のエッジを検出し、ライン幅プロファイルを算出する工程と、を有することを特徴とする半導体検査方法。
【請求項７】
請求項２記載の半導体検査装置を用いた半導体検査方法であって、
前記パターンの第１の画像を取得する工程と、
取得した前記第１の画像のパターンの輪郭線を抽出する工程と、
抽出された前記輪郭線のパターンと、前記パターンの設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータとを比較し、互いに対応するパターンを抽出する工程と、
互いに対応するパターンを含む領域を、前記パターン及び前記パターンの下地を構成する材料または前記構造のデータを用いて複数の領域に分割する工程と、
前記互いに対応するパターンを含む領域における画像処理条件を、前記複数の領域毎に決定する工程と、
前記複数の領域毎に決定された画像処理条件に従って画像処理を行ない、第２の画像を取得する工程と、
前記第２の画像から所望のエッジを検出し、ライン幅プロファイルを算出する工程と、を有することを特徴とする半導体検査方法。
【請求項８】
請求項５記載の半導体検査装置を用いた半導体検査方法であって、
前記パターンの画像を取得する工程と、
取得した前記画像のパターンの輪郭線を抽出する工程と、
抽出された前記輪郭線のパターンと、前記パターンの設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータとを比較し、互いに対応するパターンを抽出する工程と、
エッジの検査領域を入力する工程と、
前記検査領域において、互いに対応するパターンを含む領域を、前記パターン及び前記パターンの下地を構成する材料または前記構造のデータを用いて複数の領域に分割する工程と、
前記検査領域におけるエッジ検出条件を、前記複数の領域毎に決定する工程と、
前記複数の領域毎に決定されたエッジ検出条件に従ってエッジを検出し、ライン幅プロファイルを算出する工程と、を有することを特徴とする半導体検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡を用いて試料の寸法を測定するシステム及び方法に関わり、特に半導体装置の製造プロセスにおいてウエハ上に形成されたパターンの形状を評価する半導体検査装置及びそれを用いた半導体検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、基板上に微細なパターンを幾層も形成し、これらのパターンが設計通りにウエハ上に加工されているか、または加工されたパターンの寸法に変動がないか検査が行われる。この検査では、微細な寸法測定に優れた走査型電子顕微鏡が従来から用いられている。電子顕微鏡を用いた各種検査を行なう装置や方法については、例えば特許文献１〜７や非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１６１１５号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８７１１号公報
【特許文献３】特開２００８−１５３０８５号公報
【特許文献４】特開平９−３２０５０５号公報
【特許文献５】特開２００４−１５７１３５号公報
【特許文献６】特開２００５−２７７３９５号公報
【特許文献７】特開２００７−２４８０８７号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．６１５２  ６１５２０Ｙ−１（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまでの半導体製造プロセスにおける検査では、たとえば半導体デバイスの性能を支配するゲートラインパターンのライン幅を測定する際、上記の手法を用いてゲートラインのうち、半導体材料の上にのっている領域だけを計測すればよかった（この様子を図１に示す）。なぜならば、ゲートパターン１０１の幅のうち、半導体材料がむき出しになっているアクティブ領域１０２の上にゲートパターンがのっている部分の値のみから、完成されるトランジスタの性能が十分な精度で予測できたからである。【０００６】
しかし近年は後述する理由から、トランジスタ同士を分離する目的で形成されている図１の絶縁膜領域１０３の上にのっているゲートラインの幅、さらには領域１０１と絶縁膜領域１０３との境界である、段差領域１０４の上のライン幅までも、計測する必要が生じてきた。具体的に計測する必要のある情報を示すため、図１のラインパターンの幅をラインに沿って計測した例を図２に示す。グラフのｙは、図１中に示したｙ座標に対応している。【０００７】
従来は図１のアクティブ領域１０２上のライン幅に対応する図２のアクティブ領域２０１における平均寸法値を求めていたが、最近ではラインの両端を除いた領域２０２における寸法値の変動を正しく求める必要が生じている。このグラフ、即ちある範囲内における局所ライン幅のエッジ方向に沿った変動を、ここではライン幅プロファイル、と呼ぶことにする。また、ラインパターン以外のパターンでも、これまではそのごく一部を計測し、パターンの寸法代表値として取り扱っていたが、近年は代表値ではなくパターンの全体を正しく把握することが必要になってきた。即ち、これまでのようにパターンあるいはパターンの一部から抽出した一つの指標だけでは、パターンが、必要なデバイス性能を実現する程度に正しく転写されているかどうかを評価できなくなってきた、といえる。【０００８】
このような計測が必要になった第一の理由は、これらのデータによってマスクパターン修正の必要性が正確に判断できるからである。例えば非特許文献１では、ライン幅プロファイルを用いた場合が示されている。この文献では、本来Ｙに対して変動が殆どないはずの領域で、ライン幅が増加の傾向を示したことから、マスクの光近接効果補正が不十分であることが判明した、という事例が述べられている。【０００９】
第二の理由は、これらの情報がデバイスの性能と関係する重要な量だからである。従って、作成されたパターンの合否判定を行う上でライン幅プロファイルやパターン形状データが役に立つ。【００１０】
第三の理由は、この情報を用いて、観察対象ウエハに次に施される加工の条件が最適化できるためである。このような検査及び制御を実施することで、半導体デバイスの歩留まりを向上させることができる。逆に、このような方法で生産性を向上させない限り、最先端の半導体デバイスは量産できない。【００１１】
尚、ラインパターンにおいても、パターンの二次元形状（パターンエッジの二次元形状）を正しく計測できれば、ライン幅プロファイルは正確に計測することができるため、以降は電子顕微鏡を用いてパターンのエッジの位置を正確に計測する方法について考える。【００１２】
パターンエッジの位置を正確に計測することを妨げる要因について、発明者らが検討した結果を以下に示す。【００１３】
第一に、断面方向のパターン構造（段差、傾斜、トップの丸まり、ボトムの裾引きなど）である。この様子は図３に示した。符号３０１が走査型電子顕微鏡で観察したラインパターンの画像の模式図である。中央がラインパターンである。線３０２で表される、紙面に垂直な平面で切って得られる断面形状を符号３０４で示し、この箇所の走査型電子顕微鏡像の信号形状を符号３０６で示す。同様に、線３０３における断面形状、信号形状をそれぞれ符号３０５、符号３０７で示す。たとえパターン中腹のライン幅が一定値（ａとする）であっても、このような断面形状の変動があれば信号形状が異なるため、パターンエッジの位置が変動する。【００１４】
第二に、構成材料である。たとえ断面形状が一定であっても、パターンやパターンの下地の構成材料が異なれば、得られる信号プロファイルの形状が場所によって変わる。この例を図４に示した。図４は、走査型電子顕微鏡で同じ断面形状で材料の異なるパターンが並んでいる領域を観察して得られた画像である。ラインパターン４０１は絶縁体でできており、ラインパターン４０２は半導体でできている。下地は半導体である。これらのパターンの線４０３で表される、線上の信号形状が符号４０４である。絶縁体で形成されたラインパターン４０１に対応する信号のピークは広がり、半導体で形成されたラインパターン４０２に対応する信号のピークは狭くなる。【００１５】
第三に、周辺の帯電しやすさである。周辺が絶縁体であると、帯電の影響を強くうけ、前述の第二の場合同様に。信号のピークが広がる傾向にある。このような信号形状への影響は、エッジの位置を真の位置からずらす。【００１６】
また、上に述べたパターンは実際に存在する。例えば、トランジスタのゲート電極幅は重要な計測対象であるが、この下層には、トランジスタのチャネルを構成するアクティブ領域とそれぞれのトランジスタを分離させる素子分離領域が混在している。通常、アクティブ領域は導電性が高いＳｉ基板の表面に厚さ数ｎｍ以下のゲート絶縁膜が形成されており、素子分離領域には比較的厚い絶縁膜が用いられる。またアクティブ領域にはｎチャネルトランジスタのアクティブ領域とｐチャネルトランジスタのアクティブ領域が混在している場合がある。ｎチャネル領域とｐチャネル領域とでは、ゲート絶縁膜下層のＳｉ基板のドーパント種・濃度が異なる。また、アクティブ領域と素子分離領域とでは最大数十ｎｍ程度の段差がある場合がある。【００１７】
なお、特許文献１には、走査型電子顕微鏡を用いて自動で寸法測定を行う手法が開示されている。特許文献１では走査電子顕微鏡で得られる信号を寸法測定方向と垂直方向に加算平均してから寸法を算出している。特許文献１では、さらに、走査電子顕微鏡で得られた試料像に前記加算平均により寸法測定を行う領域を重ねて表示し、かつこの領域を試料像の任意の位置に調整することができ、容易に試料像の任意の領域の寸法を測定できる手段が開示されている。【００１８】
特許文献２には、走査電子顕微鏡から得られる信号と真のエッジの位置との関係が計測対象の断面形状に応じて変化することを考慮して、測定対象の断面形状変動及び寸法変動があった場合の測定信号波形を、走査電子顕微鏡装置の特性を考慮した電子線シミュレーションを用いて予測しライブラリー化しておくという手法が記述されている。実際に計測された信号波形をこのライブラリーに記録されている様々な信号波形と比較し、最も一致度の高いものを選択することで測定誤差の低減を実現している。【００１９】
また、特許文献３には、レジストや絶縁膜、Ｌｏｗ−ｋ材料等の帯電し易い材料を測定する場合、荷電粒子線の照射によって誘起される試料の電位変化を抑制しつつ、荷電粒子線を用いた試料表面の電位測定、或いは試料帯電によって変化する装置条件の変動の補償値を検出する技術が開示されている。また、特許文献４には電子線ビームの加速電圧や計測対象近傍における電位勾配を最適化することでチャージアップを低減し正確な試料像を得る技術や、装置の検出信号から計測値を抽出する時に使用するパラメータをチャージアップ現象に対応させることで正確な計測を行う技術が開示されている。また、特許文献５には、計測対象パターンの材料や形状に応じて電子線照射条件（照射エネルギー、ビーム電流、照射回数等）を適切に選択することで正確な試料像を得る技術が開示されている。【００２０】
以上述べたように、特許文献２、３、４、５では、測定パターンの材料や形状、下層の材料に起因するエッジ位置計測誤差を抑制する方法が開示されている。しかし、特許文献１を含め、上記の特許文献には、電子顕微鏡で観察する一視野の中で測定パターン下層の材料・構造が複数種存在する場合に、エッジ計測位置の誤差や誤差自体の変動を抑制し、一視野に含まれる微細パターンの形状を高い精度で計測する技術に関してなんら開示されていない。【００２１】
特許文献６や特許文献７には測定パターン下層に前工程のパターンが存在する場合と存在しない場合とで測定像が異なるという現象が開示されている。しかし、特許文献６や特許文献７は観察像と設計データを比較し所定のパターン寸法の測定値と設計値との差が許容できるか（即ち、その観察ウエハを合格とするかどうか）の検査を行う時に、測定パターン下層に前工程のパターンが存在する場合に限って上記の理由から計測誤差の変動を考慮して許容値を変更する方法が開示されているのみである。そのため、一視野の中の試料像内でのエッジ位置計測誤差の変動を抑制することはできない。【００２２】
本発明の目的は、電子顕微鏡で得られる一視野の中の試料像内において、測定パターン下層の材料・構造に起因したエッジ位置計測誤差の変動を抑制することができる半導体検査装置および半導体検査装置の検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するための一実施形態は、電子線を走査することにより基板上のパターンを観察して得られる画像から、前記パターンのエッジを検出して二次元形状を評価する半導体検査装置であって、前記パターンの設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータと、前記パターン及び前記パターンの下地を構成する材料や構造のデータとを予め記憶させておく記憶装置と、予め記憶させておいた前記パターンの前記設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータと観察して得られる前記画像のデータとを比較する比較機能、前記比較機能を動作させた結果および予め記憶させておいた前記パターンの下地を構成する材料や構造のデータを用いて、観察領域に入射した電子線に対する反応が異なると期待される領域毎に前記観察領域を複数個の領域に分割する分割機能、および前記分割機能により分割された前記複数個の領域を、異なる走査条件で前記電子線を走査して得られる画像から前記パターンのエッジを検出してライン幅プロファイルを算出する機能を備えた演算装置と、を有することを特徴とする半導体検査装置とする。【００２４】
また、上記半導体検査装置を用いた半導体検査方法であって、前記パターンの第１の画像を取得する工程と、取得した前記第１の画像のパターンの輪郭線を抽出する工程と、抽出された前記輪郭線のパターンと、前記パターンの設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータとを比較し、互いに対応するパターンを抽出する工程と、互いに対応するパターンを含む領域を、前記パターン及び前記パターンの下地を構成する材料や構造のデータを用いて複数の領域に分割する工程と、前記互いに対応するパターンを含む領域において、走査する電子線の走査条件を、前記複数の領域毎に決定する工程と、前記複数の領域毎に決定された走査条件でそれぞれ前記電子線を走査し、第２の画像を取得する工程と、前記第２の画像から所望のエッジを検出し、ライン幅プロファイルを算出する工程と、を有することを特徴とする半導体検査方法とする。【００２５】
また、電子線を走査することにより基板上のパターンを観察して得られる画像から、前記パターンのエッジを検出して二次元形状を評価する半導体検査装置であって、前記パターンの設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータと、前記パターン及び前記パターンの下地を構成する材料や構造のデータとを予め記憶させておく記憶装置と、予め記憶させておいた前記パターンの前記設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータと観察して得られる前記画像のデータとを比較する比較機能、前記比較機能を動作させた結果および予め記憶させておいた前記パターンの下地を構成する材料や構造のデータを用いて、観察領域に入射した電子線に対する反応が異なると期待される領域毎に前記画像を複数個の領域に分割する分割機能、および複数個の前記領域を、異なる画像処理条件で画像処理して得られる画像から前記パターンのエッジを検出しライン幅プロファイルを算出する機能を備えた演算装置と、を有することを特徴とする半導体検査装置とする。【００２６】
また、上記半導体検査装置を用いた半導体検査方法であって、前記パターンの第１の画像を取得する工程と、取得した前記第１の画像のパターンの輪郭線を抽出する工程と、抽出された前記輪郭線のパターンと、前記パターンの設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータとを比較し、互いに対応するパターンを抽出する工程と、互いに対応するパターンを含む領域を、前記パターン及び前記パターンの下地を構成する材料や構造のデータを用いて複数の領域に分割する工程と、前記互いに対応するパターンを含む領域における画像処理条件を、前記複数の領域毎に決定する工程と、前記複数の領域毎に決定された画像処理条件に従って画像処理を行ない、第２の画像を取得する工程と、前記第２の画像から所望のエッジを検出し、ライン幅プロファイルを算出する工程と、を有することを特徴とする半導体検査方法とする。【００２７】
また、電子線を走査することにより基板上のパターンを観察して得られる画像から、前記パターンのエッジを検出して二次元形状を評価する半導体検査装置であって、前記パターンの設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータと、前記パターン及び前記パターンの下地を構成する材料や構造のデータとを予め記憶させておく記憶装置と、予め記憶させておいた前記パターンの前記設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータと観察して得られる前記画像のデータとを比較する比較機能、エッジの検査領域において、前記比較機能を動作させた結果および予め記憶させておいた前記パターンの下地を構成する材料や構造のデータを用いて、観察領域に入射した電子線に対する反応が異なると期待される領域毎に前記画像データを複数個の領域に分割する分割機能、および複数個の前記領域毎に異なるエッジ検出条件で前記パターンのエッジを検出しライン幅プロファイルを算出する機能を備えた演算装置と、を有することを特徴とする半導体検査装置とする。【００２８】
また、上記半導体検査装置を用いた半導体検査方法であって、前記パターンの画像を取得する工程と、取得した前記画像のパターンの輪郭線を抽出する工程と、抽出された前記輪郭線のパターンと、前記パターンの設計データ或いはパターニングの結果予測されるパターン形状のデータとを比較し、互いに対応するパターンを抽出する工程と、エッジの検査領域を入力する工程と、前記検査領域において、互いに対応するパターンを含む領域を、前記パターン及び前記パターンの下地を構成する材料や構造のデータを用いて複数の領域に分割する工程と、前記検査領域におけるエッジ検出条件を、前記複数の領域毎に決定する工程と、前記複数の領域毎に決定されたエッジ検出条件に従ってエッジを検出し、ライン幅プロファイルを算出する工程と、を有することを特徴とする半導体検査方法とする。
【発明の効果】
【００２９】
電子顕微鏡で得られる一視野の中の試料像内において、測定パターン下層の材料・構造に起因したエッジ位置計測誤差の変動を抑制することができる半導体検査装置および半導体検査装置の検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】基板上に転写された半導体パターンの例を示す平面図である。
【図２】図１のラインパターンの幅をラインに沿って計測したときのライン幅の変化を示すグラフである。
【図３】基板上のパターンの電子顕微鏡による上空観察像とパターン断面形状及び電子顕微鏡の信号を表す模式図である。
【図４】基板上のパターンの電子顕微鏡による上空観察像と信号形状を現す模式図である。
【図５】実施例１及び２でライン幅プロファイルを算出した電子顕微鏡画像の模式図と画像に対して仮定されたｘ、ｙ軸である。
【図６】実施例１、２及び３で用いた装置の概念図である。
【図７】実施例１で解析に用いた、設計パターンの平面図である。
【図８】実施例１の手順を記したフロー図である。
【図９】実施例１における観察領域の分割を示す図である。
【図１０】実施例２で解析に用いた、予測されるパターンの二次元輪郭線形状を表す図である。
【図１１】実施例２の手順を記したフロー図である。
【図１２】実施例２において観察画像上で異なる画像処理を施すべき領域を表す図である。
【図１３】実施例３においてライン幅プロファイルを算出した電子顕微鏡画像及びその上に配置された検査領域（破線）を示す模式図である。
【図１４】実施例３において解析に用いた、設計パターンの平面図である。
【図１５】実施例３の手順を記したフロー図である。
【図１６】実施例３でライン幅プロファイルを算出した電子顕微鏡画像及びその上に配置された分割後の検査領域（破線）を示す模式図である。
【図１７】実施例３で用いたエッジの定義を説明する信号形状プロファイルの模式図である。
【図１８】実施例１で用いたコンピュータ６１２の構成を示す概念図である。
【図１９】実施例１のモニタに表示された画面である。
【図２０】実施例２及び３で用いたコンピュータ６１２の構成を示す概念図である。
【図２１】実施例２のモニタに表示された画面である。
【図２２】実施例３のモニタに表示された画面である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
発明を実施するための形態としては、大きく分けて以下に示す三つの方法がある。第一の方法は、電子顕微鏡による画像取得の段階における新規な手法である。これは視野内の観察対象の構造や材料の情報に基づいて観察条件を視野内で変えることである。これまで、一視野の観察のために観察条件を最適化するという方法はあったが、視野内を材料や構造に基づいて複数の領域に分け、各領域で最適な観察を実施するという手法はなかった。
【００３２】
第二の方法は、従来通りに一種類の条件で画像を取得しておき、取得した画像を、含まれる材料や構造に基づいて複数の領域に分け、各領域に最適な画像処理をかけて、第一の方法を実施して得られる画像と同等の画像を得るという方法である。
【００３３】
第三の方法は、従来通りに一種類の条件で画像を取得しておき、取得した画像を、含まれる材料や構造に基づいて複数の領域に分け、画像からパターンのエッジを抽出する際に、前述の領域ごとに最適なエッジ抽出（検出）条件を用いてエッジを求めるという方法である。
【００３４】
電子顕微鏡の照射電子ビームの加速電圧や電流値、焦点を簡単に素早く変更するシステムを有する場合は、第一の方法をとることが、最もよい。しかしながらこのようなハードウエアがない場合は、第二の方法をとることで解決できる。第二の方法は複雑なハードウエアを必要としないため、安価である。第三の方法は第二の方法同様、ハードウエアを必要としない。また第二の方法よりもデータ処理が簡単であるため、処理にかかる時間が短いという利点がある。しかし一方で、可能な処理が限られるため、対応できるサンプル構造が制限される。
【００３５】
いずれの方法においても、本実施の形態は、電子顕微鏡装置を含む計測システムであって、かつ、設計データあるいは予測されるパターンの二次元画像データないしはパターンの輪郭線のデータを、各領域の高さ情報や構成材料情報含めて、入力する機能、記録を保持する機能とこれをシステムの制御系に読み込む機能を有することが特徴である。
【００３６】
同時に、上記の機能を、従来からあった寸法計測位置や試料像取得条件などの観察及び計測のレシピ（以下、計測レシピと記す）を入力する機能、記録を保持する機能とこれをシステムの制御系に読み込む機能と組み合わせることができる点が特徴である。
【００３７】
以下、実施例により説明する。
【実施例１】
【００３８】
本実施例では、発明を実施するための形態として挙げた第一の方法を用いて、段差のある、絶縁体と半導体の構造の上に作成されたシリコン（Ｓｉ）のラインパターンのライン幅プロファイルを計測した例を、図５、図６、図７、図８、図９、図１８、図１９を用いて説明する。【００３９】
図５は本実施例でライン幅プロファイルを算出した電子顕微鏡画像の模式図である。図６は本実施例で用いた半導体検査装置の概念図である。図７は本実施例で解析に用いた、設計パターンである。図８は本実施例の手順を記したフロー図である。図９は電子顕微鏡の走査条件の異なる領域を示した模式図である。図１８は図６中のシステム制御用コンピュータ６１２の構成を示す。また図１９はモニタ１８０１に現れる画面１９０１の例である。符号１９０２はＳＥＭ画像と分割された走査領域とを重ね合わせた二次元画像、符号１９０３は設計データファイルとＳＥＭ画像ファイルの名前の表示部、符号１９０４は設計データを変更したい場合のクリックボタン、符号１９０５はＳＥＭ画像を変更したい場合のクリックボタン、符号１９０６は各走査領域の走査条件表示部を示す。【００４０】
まず、図８に示した手順８０１を実施した。即ち、正確なライン幅プロファイルを得たいパターンを低いＳ／Ｎ比の観察条件で画像取得した。具体的には、システムの制御用コンピュータ６１２を操作し、ウエハ６０７を観察ステージに設置した後、システム制御用コンピュータ６１２から電子顕微鏡制御系６１１を操作してウエハ上のパターンを観察するとともに画像取得した。【００４１】
この観察の際の視野は縦横ともに９００ｎｍであった。また、この視野を観察するにあたり、用いた電子顕微鏡の電子ビーム６０３の加速電圧は５００Ｖ、電流値は５ｐＡであり、信号積算回数（画像データを得るために繰り返した電子ビーム走査の回数）は４回であった。【００４２】
こうして得られた画像の模式図を図５に示す。ここには得られた画像とその画像中での点の位置を定義するためのｘ、ｙ軸が示されている。画像左下の頂点を原点（ｘ＝ｙ＝０）とした。引き続き以下の操作を行った。これらは全て、図１８に示す入力装置１８０２を介してシステム制御用コンピュータ６１２を操作して行った。なお、符号６０１は走査型電子線顕微鏡の筐体、符号６０２は電子銃、符号６０４は収束レンズ、符号６０５は偏向器、符号６０６は対物レンズ、符号６０８はステージ、符号６０９は二次電子、符号６１０は検出器を示す。【００４３】
次に、手順８０２に進み、コンピュータの演算装置１８０３において、前記手順８０１で得られた画像からパターンの輪郭線を抽出した。次に、手順８０３に進み、記憶装置６１３からパターンを正確に計測したい部分の設計データをコンピュータの演算装置１８０３につながる一時的記憶領域１８０４に転送した（読み込み）。【００４４】
なお、本実施例では設計データを用いたが、実際の半導体素子製造工程におけるパターニングの結果予測されるパターン形状のデータを用いてもよい。これにより、この設計データの二次元形状は図７に示すとおりであり、かつ、ゲート領域７０１はポリシリコン、アクティブ領域７０２はシリコン、分離領域７０３は二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から成ること、分離領域７０３はアクティブ領域７０２に対して、高さが８０ｎｍ高いこと、という情報が読み込まれた。【００４５】
次に、手順８０４に進んだ。コンピュータ６１２中の入力装置１８０２を用いて演算装置１８０３に図５の画像と図７のパターンとの比較を実施させた。その結果演算装置１８０３は、現在観察中であるサンプル中のゲート領域５０１、アクティブ領域５０２、分離用絶縁膜領域５０３に対応するパターンがゲート領域７０１、アクティブ領域７０２、分離領域７０３であることを認識し、領域５０１、領域５０２、領域５０３の輪郭線パターンを抽出した。【００４６】
次に手順８０５に進み、領域７０１に沿って図下方から上方へ進んだときに現れる、下地が領域７０３から領域７０２へと変わる位置のｙ座標、即ちｙ１を得た。さらに上方へ進んで、下地が領域７０２から再び領域７０３へと変わる位置のｙ座標即ちｙ２を得た。【００４７】
また、これらの情報を基に、演算装置１８０３は記憶装置６１３に予め記憶させておいた材料や高さ情報に対応する走査条件の群を呼び出して一時的記憶装置１８０４に記憶させ、さらにその中から最適なものを選択し、モニタ１８０１上にそれを表示させた。この様子を図１９に示す。ここで示されているコンピュータに提示された条件では、走査領域を図９のように三つに分け、領域９０１及び領域９０３では照射電子ビームの加速電圧を５００Ｖに、また、電流値を４ｐＡに、領域９０２では前者が８００Ｖに、後者が８ｐＡになるように設定されていた。また、信号積算回数はいずれでも８回であった。【００４８】
さらに、照射する電子ビームの焦点は領域９０１上で最適化し、領域９０２ではその位置よりも８０ｎｍ低い位置が焦点となるように設定されていた。領域９０３では領域９０１を走査する際と同じ設定である。【００４９】
次に、手順８０６に進み、これらの条件を受け入れ、符号１９０７に示される工程選択ボタンのうちＥｘｅｃｕｔｅをクリック、画像取得を実行した。【００５０】
次に、手順８０７に進み、演算装置１８０３において、取得した画像データから、ラインパターンのエッジを抽出し、ライン幅プロファイルを得た。【００５１】
本実施例では、信号積算回数は全ての領域で８回としたが、特に帯電が激しい場合は領域９０１及び領域９０３では走査回数を６回に減らしてもよい。このように、コンピュータに提示された内容に変更を加えたい場合は、入力装置１８０２の一部であるマウスを用いて、各走査領域の走査条件表示部１９０６の任意のセルをクリックし、入力装置１８０２の一部であるキーボードから数値を入力することもできる。なお、演算装置１８０３は、手順８０２、手順８０４、手順８０５、手順８０７を実行するための各機能を有する。【００５２】
これにより、従来はライン幅プロファイルの誤差が５ｎｍあったところ、２ｎｍにまで低減できた。このことで、パターン検査の精度が向上し、歩留まりが向上した。【００５３】
本実施例によれば、電子顕微鏡で得られる一視野の中の試料像内において、観察対象の構造や材料の情報に基づいて走査領域を分け、それぞれの走査領域で走査条件を変えることにより、測定パターン下層の材料・構造に起因したエッジ位置計測誤差の変動を抑制することができる半導体検査装置および半導体検査装置の検査方法を提供することができる。
【実施例２】
【００５４】
本実施例では、発明を実施するための形態として挙げた第二の方法を用いて、段差のある、絶縁体と半導体の構造の上に作成されたＳｉのラインパターンのライン幅プロファイルを計測した例を、図５、図６、図１０、図１１、図１２、図２０、図２１を用いて説明する。【００５５】
図５は本実施例でライン幅プロファイルを算出した電子顕微鏡画像の模式図である。図６は本実施例で用いた装置の概念図である。図１０は本実施例で解析に用いた、予測されるパターンの二次元輪郭線形状である。図１１は本実施例の手順を記したフロー図である。図１２は異なる条件で画像処理を実施するための境界を表示した図である。図２０は図６中のシステム制御用コンピュータ６１２の本実施例での構成を示す。また図２１はモニタ２００１に現れる画面２１０１の例である。符号２１０２はＳＥＭ画像と異なる画像処理を行なう領域とを重ね合わせた二次元画像、符号２１０３は設計データファイルとＳＥＭ画像ファイルの名前の表示部、符号２１０４は設計データを変更したい場合のクリックボタン、符号２１０５はＳＥＭ画像を変更したい場合のクリックボタン、符号２１０６は各画像処理領域の処理条件表示部を示す。【００５６】
まず、システムの制御用コンピュータ６１２を用いて、走査型電子顕微鏡の制御装置６１１に信号を送り、ウエハ６０７を観察ステージに設置した後、パターンの画像を取得した（手順１１０１）。ここでは、照射電子ビーム６０３の加速電圧は５００Ｖ、電流値は４ｐＡであった。また、信号積算回数は１６回であった。また、観察領域の寸法は縦横とも９００ｎｍであった。これにより図５に示す画像が得られた。画像は縦横とも５１２個の画素によって構成されていた。なお、照射する電子ビームの焦点は領域５０３上のパターンで最適化されていた。【００５７】
引き続き、以下の作業を、全て入力装置２００２を介してシステム制御用コンピュータ６１２を操作して行った。まず手順１１０２に進み、取得した画像データから、演算装置２００３を用いてラインパターンのエッジを抽出した。【００５８】
さらに手順１１０３に進み、演算装置２００３により記憶装置６１３に保存してあった、マスク形状とリソグラフィ条件から予測される二次元パターン形状を一時的な記憶装置２００４に転送した（読み込み）。なお、設計データを用いることもできる。【００５９】
続いて、手順１１０４に進み、演算装置２００３が手順１１０２で抽出した画像内のパターン輪郭と、手順１１０３で得たパターン形状とを比較し、後者の中で定義されている各パターンと、観察画像内の輪郭線パターンとを対応づけした。演算装置２００３は観察画像の中のゲートパターン５０１は符号１００１に、アクティブ領域パターン５０２は符号１００２に、絶縁膜領域パターン５０３は符号１００３に、段差領域パターン５０４は符号１００４に相当することを見出した（抽出）。【００６０】
次に、手順１１０５に進み、演算装置２００３は画像を分割した。まずパターンの予測された形状を示している図１０にあるように、ｙ方向に、ゲートパターン（１００１）に沿って、下地が変わるところの画素のｙ座標、ｙ１０１、ｙ１０２、ｙ１０３、ｙ１０４（これらは予測された形状図１０上での値である）に相当するｙ座標を実際の観察画像図５の上でみつける。これらの値をｙ’１、ｙ’２、ｙ’３、ｙ’４とする。これらは画像上での値である。【００６１】
そこで、図５に示した画像を直線により５つの領域に分けた。５つの領域とは、領域（１）ｙ＝０からｙ＝ｙ’１まで、領域（２）ｙ＝ｙ’１からｙ＝ｙ’２まで、領域（３）ｙ＝ｙ’２からｙ＝ｙ’３まで、領域（４）ｙ＝ｙ’３からｙ＝ｙ’４まで、領域（５）ｙ＝ｙ’４からｙ＝５１１まで、である。この様子を図１２に示す。【００６２】
図１２は図５の上に上記領域（１）から領域（５）までの領域の境界を実線で示したものである。なお、破線で示されているのは、この領域に存在するパターンの輪郭線である。ゲートパターン５０１から段差領域パターン５０４までは、図５に示したものと同じである。【００６３】
手順１１０４までの過程で、ゲートパターン５０１はＰｏｌｙ−Ｓｉからなること、アクティブ領域パターン５０２はドープしたＳｉであること、絶縁膜領域パターン５０３はＳｉＯ２から成り、その面はアクティブ領域パターン５０２よりも８０ｎｍ高いこと、段差領域パターン５０４はＳｉＯ２からなり、アクティブ領域パターン５０２と絶縁膜領域パターン５０３の境界であること、がわかっている。【００６４】
これらの情報をもとに、演算装置２００３は上記領域（１）から領域（５）までの領域に施す画像処理を下記のように決定した。但し、下記の関数は記憶装置６１３に予め記憶されていたものである。【００６５】
電子顕微鏡の焦点を最適化した上で、導体ないし半導体上のパターンを横切って得られる理想的な二次電子信号強度即ち信号プロファイルを【００６６】
【数１】
0005400882.tif 000002
【００６７】
とおく。また、この信号プロファイルが帯電あるいは焦点のずれによりぼけると、信号プロファイルは下記の式で表されることがわかった。【００６８】
【数２】
0005400882.tif 000003
【００６９】
ここで、関数ｇは【００７０】
【数３】
0005400882.tif 000004
【００７１】
となる。【００７２】
ＳｉＯ２膜上にあるパターンから発する信号プロファイル即ち、上記の領域（１）及び領域（５）の信号プロファイルが帯電でぼける場合、Δ＝２ｎｍで記述されることがわかっていた。一方、ドープしたＳｉ上即ち（３）の信号プロファイルは、ＳｉＯ２膜とは誘電率が異なるため帯電によってぼけることはないものの、焦点が８０ｎｍずれていることでやはりぼける。この現象は同じく式２、式３でΔ＝０．８ｎｍとすることで記述できることがわかっていた。【００７３】
領域（２）（４）はその内部で高さが変化しているが、焦点が８０ｎｍの半分、即ち４０ｎｍずれているとみなし、これらの領域の信号プロファイルに対しては【００７４】
【数４】
0005400882.tif 000005
【００７５】
という式でぼかしの効果を導入することとした。ここでΔ１＝２ｎｍ、Δ２＝０．４ｎｍである。【００７６】
このように、観察画像上の信号は場所によってぼかしの程度が異なっている。そこでこれを揃える操作が必要になる。画像から得られている信号プロファイルをＳ’（ｘ）とする。領域（１）及び領域（５）の信号プロファイルは既に帯電によりぼけているので、さらに焦点が８０ｎｍずれた効果を入れればよい。即ち、【００７７】
【数５】
0005400882.tif 000006
【００７８】
領域（２）及び領域（４）の信号プロファイルには４０ｎｍの焦点ずれの効果を加える。即ち【００７９】
【数６】
0005400882.tif 000007
【００８０】
領域（３）の信号プロファイルには帯電の影響を加える。即ち【００８１】
【数７】
0005400882.tif 000008
【００８２】
次に、手順１１０６に進み、図２１に示された画面上で処理の実行が選択された。ここで、画面内の画像処理条件１は領域（１）（５）に施される画像処理の条件、画像処理条件２は領域（２）（４）、条件３は領域（３）に施される画像処理の条件を表している。なお、セルをクリックして関数のパラメータ値を設定することができる。例えば、領域（１）（５）に相当するＮｏ．１の行ではΔの値として８０ｎｍを入力しなくてはならない。【００８３】
これらの入力を終えてから、クリックボタン２１０７の左端にあるＥｘｅｃｕｔｅをクリックすることで、処理が実行できる。この後、演算装置２００３によって上で定めたように領域（１）から（５）の信号にぼかしの処理が施された。【００８４】
さらに手順１１０７に進み、１１０６で得られた信号強度分布上で、通常の電子顕微鏡画像に対して適用する手法を用いて、パターン５０１に対応するパターンのエッジを算出(抽出)し、ライン幅プロファイルを得ることができた（これも演算装置２００３により実施された）。なお、演算装置２００３は、手順１１０２、手順１１０３、手順１１０４、手順１１０５、手順１１０６、手順１１０７を実行するための各機能を有する。【００８５】
これにより、従来はライン幅プロファイルの誤差が５ｎｍあったところ、２ｎｍにまで低減できた。このことで、パターン検査の精度が向上し、歩留まりが向上した。【００８６】
本実施例によれば、電子顕微鏡で得られる一視野の中の試料像内において、観察対象の構造や材料の情報に基づいて複数の領域に分け、各領域に最適な画像処理をかけて、実施例１で得られる画像と同等の画像を得ることにより、測定パターン下層の材料・構造に起因したエッジ位置計測誤差の変動を抑制することができる半導体検査装置および半導体検査装置の検査方法を提供する
【実施例３】
【００８７】
本実施例では、発明を実施するための形態として挙げた第三の方法を用いて、段差のある、絶縁体と半導体の構造の上に作成されたＳｉのラインパターンのライン幅プロファイルを計測した例を、図６、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図２０、図２２を用いて説明する。【００８８】
図６は本実施例で用いた装置の概念図である。図１３は本実施例でライン幅プロファイルを算出した電子顕微鏡画像及びその上に配置されたエッジの検査領域１３０４（破線）を示す模式図である。図１４は本実施例で解析に用いた、設計パターン形状のデータである。符号１４０１は分離用絶縁膜領域を示す。図１５は本実施例の手順を示すフロー図である。図１６は本実施例でライン幅プロファイルを算出した電子顕微鏡画像及びその上に配置された分割後の検査領域（破線）を示す模式図である。図１７は本実施例で用いたエッジの定義を説明する図である。また、本実施例で用いたコンピュータ６１２の構成は図２０に示すように、実施例２と同じ構成であった。【００８９】
まず、図１５に示す手順１５０１を実施した。即ち、システムの制御用コンピュータ６１２を操作し、走査型電子顕微鏡の制御装置６１１に信号を送り、ウエハ６０７を観察ステージに設置した後、パターンの画像を取得した。ここでは、照射電子ビーム６０３の加速電圧は５００Ｖ、電流値は４ｐＡであった。また、信号積算回数は１６回であった。また、観察領域の寸法は縦横とも４５０ｎｍであった。【００９０】
これにより図１３に示す画像が得られた（ただし破線は除く）。画像は縦横とも５１２個の画素によって構成されていた。なお、照射する電子ビームの焦点はアクティブ領域１３０２上のゲートパターン１３０３のエッジをもっともクリアに写せる条件に最適化されていた。符号１３０１は分離用絶縁膜領域を示す。【００９１】
次に、以下の操作を行った。これらは全て、システム制御用コンピュータ６１２を、入力装置２００２を介して操作し、実施した。まず、手順１５０２に進み、演算装置２００３は取得した画像データから、パターンの輪郭線を抽出した。なお、演算装置２００３は、手順１５０２、手順１５０３、手順１５０４、手順１５０６、手順１５０７を実行するための各機能を有する。【００９２】
さらに手順１５０３に進み、演算装置２００３により、記憶装置６１３に保存してあった設計パターン形状（図１４）を、一時的な記憶装置２００４に転送した（読み込み）。なお、本実施例では設計データを用いたが、実際の半導体素子製造工程におけるパターニングの結果予測されるパターン形状のデータを用いてもよい。【００９３】
続いて手順１５０４に進み、演算装置２００３によって手順１５０２で抽出した画像内のパターン輪郭と手順１５０３で得たパターン形状とを比較し、後者の中で定義されている各パターンと、観察画像内の輪郭線パターンとを対応づけした。観察画像の中のパターン１４０２はアクティブ領域１３０２に、パターン１４０３はゲートパターン１３０３に相当することを見出した（抽出）。【００９４】
次に、手順１５０５に進み、ライン幅プロファイルを算出したい領域、即ちエッジの検査領域１３０４を入力した。この作業はモニタ２００１に表示された画像の上で、入力装置２００２の一部であるマウスを用いてライン幅プロファイルを出す領域を示すことで行われる。図１３の破線で描かれた枠が、ここで指定した領域である。【００９５】
すると、コンピュータ６１２の演算装置２００３はこの検査領域を、図１４に示すデータに従って分割した（手順１５０６）。まず、検査領域１３０４にあるラインパターンの右エッジと左エッジの位置を把握し、検査領域を各エッジの近傍に対応する二つの領域に分けた。【００９６】
次に各領域を、予め記憶させておいた材料や構造のデータを用いて、エッジが絶縁体上にある部分と半導体上にある部分とに分割した。この結果、エッジを検出する領域は図１６に示すように、領域１６０１〜領域１６０６の合計６つの領域に分けられた。【００９７】
次に、手順１５０７に進み、演算装置２００３によりパターンのエッジを抽出し、ライン幅プロファイルの算出を行なった。なお、パターンエッジの抽出は以下の手順でおこなった。【００９８】
まず、画像内のｙ座標（ｙ＝０からｙ＝５１１）を固定した二次電子強度のｘ依存性即ち信号プロファイルを【００９９】
【数８】
0005400882.tif 000009
【０１００】
と記す。ノイズが大きい場合には、エッジを検出する前に、複数本の信号プロファイルを平均化する。本実施例でも、平均化を行った。この結果、信号プロファイルは【０１０１】
【数９】
0005400882.tif 000010
【０１０２】
となった。その上で、各信号プロファイル上で信号強度が最大値の半分になるところをエッジと定めた。【０１０３】
図１６中でパターンを横切る直線１６０７に沿って信号プロファイルをプロットしたものと、この上でエッジを定めた様子を図１７に示す。また、図１６の画像と、各エッジ検出パラメータの設定とが表示されている画面２２０１の様子を図２２に示す。符号２２０２はＳＥＭ画像と異なるエッジ検出を行う領域とを重ね合わせた二次元画像、符号２２０３は設計データファイルとＳＥＭ画像ファイルの名前の表示部、符号２２０４は設計データを変更したい場合のクリックボタン、符号２２０５はＳＥＭ画像を変更したい場合のクリックボタン、符号２２０６は必要なエッジ検査領域の個数選択ボタン、符号２２０７は各エッジ検出（抽出）領域のエッジ検出（抽出）条件表示部、符号２２０８はクリックボタンを示す。【０１０４】
この操作を行うにあたり、領域１６０１、領域１６０３、領域１６０４、領域１６０６では、下地が絶縁体であるためにノイズが大きいことを考慮し、ｉ＝４、とした。即ち、平均化する信号プロファイルの数を９とした。一方、領域１６０２、領域１６０５では下地が半導体であるためにノイズが小さいことを考慮し、ｉ＝１とした。即ち、平均化する信号プロファイルの数は３とした。【０１０５】
ここで図２２の個数選択ボタン２２０６に示されるように、領域１６０１と領域１６０３はここでは領域１、領域３とされており、このパラメータセット（ラインの左エッジに対応する、ｉ＝４を用いたエッジ抽出を行うためのパラメータセット）を番号１のセットと定義した。また領域１６０２はラインの左エッジであり、ｉ＝１であるがこれを番号２のセット、領域１６０４及び領域１６０６は領域４及び領域６であり、パラメータセットの番号は３である。領域１６０５は領域５であり、パラメータセットの番号は４である。各々、「Ｐａｒａｍ＿ｓｅｔ」の番号をクリックすると、その番号に対応するパラメータセットが表示され、編集することができる。【０１０６】
これらの平均化後のプロファイルから、図１７に示すように、パターンの外側で最も小さい信号強度Ｉｂｏｔｔｏｍと最も大きい信号強度Ｉｔｏｐの丁度平均の位置（Ｉｂｏｔｔｏｍ＋０．５×（Ｉｔｏｐ−Ｉｂｏｔｔｏｍ））をエッジ点と定義した。【０１０７】
このように検査領域を分割する方法をとらない場合には、全体でｉ＝３としなくてはならない。しかしパターンエッジの形状は特に半導体上にのっている部分、即ち領域１６０２、領域１６０５上で、精度よく高周波成分まで計測する必要がある。【０１０８】
これまでは全体をｉ＝３としたため、エッジ形状の高周波成分側の限界に相当する周期は、９ピクセルに相当する長さの倍、即ち１５．８ｎｍであった。しかし本方法を用いることで、重要な部分の形状については、この周期が３ピクセル分の２倍、即ち、５．３ｎｍとなった。トランジスタのゲート幅は５０ｎｍに近づきつつあるが、ゲートラインの形状の凹凸を調べる際には、ゲート幅の約１／１０の短い周期の成分まで検出したいというニーズがある。本方法を用いることで始めて、十分短い周期の成分が検出できるようになった。【０１０９】
これにより、重要なパターンのエッジを高精度で検出したライン幅プロファイルを得ることができるようになったのである。このことで、パターン検査の精度が向上し、歩留まりが向上した。【０１１０】
本実施例によれば、電子顕微鏡で得られる一視野の中の試料像内のエッジ検査領域において、観察対象の構造や材料の情報に基づいて複数の領域に分け、画像からパターンのエッジを検出する際に、前述の領域ごとに最適なエッジ検出条件を用いてエッジを求めることにより、測定パターン下層の材料・構造に起因したエッジ位置計測誤差の変動を抑制することができる半導体検査装置および半導体検査装置の検査方法を提供することができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１０１…トランジスタのゲート、１０２…トランジスタのアクティブ領域、１０３…トランジスタ同士を分離する絶縁膜領域、１０４…トランジスタ同士を分離する絶縁膜が削れている段差領域、２０１…ゲートパターンのライン幅プロファイルにおけるアクティブ領域、２０２…ゲートパターンのライン幅プロファイルにおける重要な全領域、３０１…ラインパターンの上空からの電子顕微鏡写真の模式図、３０２…３０１中の、ライン延在方向に対して垂直に交わる直線その１、３０３…３０１中の、ライン延在方向に対して垂直に交わる直線その２、３０４…直線３０２を含んで３０１に垂直な平面でパターンを切ったときの断面図、３０５…直線３０３を含んで３０１に垂直な平面でパターンを切ったときの断面図、３０６…直線３０２上の信号プロファイル、３０７…直線３０３上の信号プロファイル、４０１…電子顕微鏡写真中のラインパターン、４０２…電子顕微鏡写真中のラインパターン、４０３…電子顕微鏡写真中の、ライン延在方向に対して垂直に交わる直線、４０４…直線４０３上の信号プロファイル、５０１…トランジスタのゲート、５０２…トランジスタのアクティブ領域、５０３…トランジスタ同士を分離する絶縁膜領域、５０４…トランジスタ同士を分離する絶縁膜が削れている段差領域、６０1…走査型電子線顕微鏡の筐体、６０２…電子銃、６０３…電子線、６０４…収束レンズ、６０５…偏向器、６０６…対物レンズ、６０７…観察ウエハ、６０８…ステージ、６０９…二次電子、６１０…検出器、６１１…走査型電子顕微鏡の制御装置、６１２…操作者が走査型電子顕微鏡と観察結果解析を行うシステムを制御するためのコンピュータ、６１３…データ記憶装置、７０１…設計データ上のゲートパターン、７０２…設計データ上のアクティブ領域、７０３…設計データ上のトランジスタ分離領域、８０１…最初の画像取得工程、８０２…観察画像内のパターンの輪郭線を抽出する工程、８０３…記憶装置から設計データを読み込む工程、８０４…観察画像から抽出した輪郭線と設計データとを比較し、互いに対応する図形を認識する工程、８０５…８０４の結果に応じて、観察領域を走査条件の異なる複数個の領域に分割する工程、８０６…８０５の結果に従って再度画像を取得する工程、８０７…８０６で取得した観察画像からパターンのエッジを検出し、ライン幅プロファイルを得る工程、９０１…加速電圧５００Ｖ、電流値４ｐＡで電子線を照射する領域、９０２…加速電圧８００Ｖ、電流値８ｐＡで電子線を照射する領域、９０３…加速電圧500V、電流値4ｐAで電子線を照射する領域、１００１…トランジスタのゲート、１００２…トランジスタのアクティブ領域、１００３…トランジスタ同士を分離する絶縁膜領域、１００４…トランジスタ同士を分離する絶縁膜が削れている段差領域、１１０１…画像取得工程、１１０２…観察画像内のパターンの輪郭線を抽出する工程、１１０３…記憶装置から、予測される二次元パターン形状データを読み込む工程、１１０４…観察画像から抽出した輪郭線と予測される二次元パターン形状データとを比較し、互いに対応する図形を認識する工程、１１０５…１１０４の結果に応じて、観察領域を複数個の領域に分割し、各領域に対して施す画��処理条件を決定する工程、１１０６…１１０５の結果に従って画像処理を行う工程、１１０７…１１０６で画像処理を施した画像からパターンのエッジを検出し、ライン幅プロファイルを得る工程、１３０１…アクティブ領域同士を分離する絶縁膜領域、１３０２…アクティブ領域、１３０３…ゲートパターン、１３０４…エッジの検査領域、１４０１…設計データ上におけるアクティブ領域同士を分離する絶縁膜領域、１４０２…設計データ上におけるアクティブ領域、１４０３…設計データ上におけるゲートパターン、１５０１…画像取得工程、１５０２…観察画像内のパターンの輪郭線を抽出する工程、１５０３…記憶装置から、設計データを読み込む工程、１５０４…観察画像から抽出した輪郭線と設計データとを比較し、互いに対応する図形を認識する工程、１５０５…エッジを求める領域を操作者が入力する工程、１５０６…１５０５で入力された領域を、１５０４の結果に従って分割し、さらに分割された各領域においてエッジの検出(抽出)条件を決定する工程、１５０７…１５０６で定めた条件に従って観察画像からパターンのエッジを検出し、ライン幅プロファイルを得る工程、１６０１…分割によって得られた第一のエッジ検査領域、１６０２…分割によって得られた第二のエッジ検査領域、１６０３…分割によって得られた第三のエッジ検査領域、１６０４…分割によって得られた第四のエッジ検査領域、１６０５…分割によって得られた第五のエッジ検査領域、１６０６…分割によって得られた第六のエッジ検査領域、１６０７…電子顕微鏡写真中の、ライン延在方向に対して垂直に交わる直線、１８０１…モニタ、１８０２…入力装置、１８０３…画像処理と走査条件選択を行う演算装置、１８０４…一時的にデータを記憶する記憶装置、１９０１…実施例１でモニタ上に表示されたウインドウ、１９０２…ＳＥＭ画像と分割された走査領域とを重ね合わせた二次元画像、１９０３…設計データファイルとＳＥＭ画像ファイルの名前の表示部、１９０４…設計データを変更したい場合のクリックボタン、１９０５…ＳＥＭ画像を変更したい場合のクリックボタン、１９０６…各走査領域の走査条件表示部、１９０７…次に行うことのできる操作のクリックボタン、２００１…モニタ、２００２…入力装置、２００３…画像処理条件選択と画像処理を行う演算装置、２００４…一時的にデータを記憶する記憶装置、２１０１…実施例２でモニタ上に表示されたウインドウ、２１０２…ＳＥＭ画像と異なる画像処理を行う領域とを重ね合わせた二次元画像、２１０３…設計データファイルとＳＥＭ画像ファイルの名前の表示部、２１０４…設計データを変更したい場合のクリックボタン、２１０５…ＳＥＭ画像を変更したい場合のクリックボタン、２１０６…各画像処理領域の処理条件表示部、２１０７…次に行うことのできる操作のクリックボタン、２２０１…実施例３でモニタ上に表示されたウインドウ、２２０２…ＳＥＭ画像と異なるエッジ検出を行う領域とを重ね合わせた二次元画像、２２０３…設計データファイルとＳＥＭ画像ファイルの名前の表示部、２２０４…設計データを変更したい場合のクリックボタン、２２０５…ＳＥＭ画像を変更したい場合のクリックボタン、２２０６…必要なエッジ検査領域の個数選択ボタン、２２０７…各エッジ検査領域のエッジ検出（抽出）条件表示部、２２０８…次に行うことのできる操作のクリックボタン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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